Un método de diseño de un sistema de Automatización de Subestaciones SA con un Dispositivo ElectrónicoInteligente IED que comprende una Unidad de Procesamiento Central CPU (10) que incluye núcleos de red (101,

102) configurados para recibir y procesar mensajes de red IEC 61850 9-2 a través de una red de comunicación de lasubestación (2) del sistema de SA y un primer núcleo de procesamiento (100) configurado para ejecutar aplicacionesde Protección y Control en base a los datos IEC 61850 9-2 manejados por los núcleos de red (101, 102), quecomprende

- la definición de un límite superior en términos de mensajes que el núcleo de red puede procesar porsegundo,

- relacionar el límite superior con un número de orígenes de mensaje en el sistema de SA multiplicado poruna frecuencia de envío por segundo para estimar un número de núcleos de red requeridos para elprocesamiento de un número de mensajes recibidos por el IED por segundo y

- la asignación del número de núcleos de red al IED.

Dispositivo Electrónico Inteligente y método de diseño de un sistema de Automatización de Subestaciones

5 Campo de la invención

La invención se refiere a los sistemas de Automatización de Subestaciones (SA) para subestaciones en redes eléctricas de alta y media tensión.

Antecedentes de la invención

La subestaciones en redes eléctricas de alta y media tensión incluyen dispositivos primarios tales como cables, líneas, embarrados, interruptores, transformadores de potencia y transformadores de medida, que se disponen en general en parques y/o patios de maniobra. Estos dispositivos primarios son operados en una forma automatizada a través de un sistema de Automatización de Subestaciones (SA) . El sistema de SA comprende dispositivos secundarios, entre los que los Dispositivos Electrónicos Inteligentes (IED) son responsables de la protección, control y supervisión de los dispositivos primarios. Básicamente, un IED controla los actuadores de dispositivos primarios asignados en base a las señales de los sensores asignados para la posición del interruptor o cambiador de tomas, temperatura, tensión, intensidad, etc., señales de otros IED y señales de un sistema de supervisión. A la inversa, un IED comunica un estado o comportamiento de sus dispositivos primarios asignados, es decir las lecturas de los sensores seleccionados, a otros IED o al sistema de supervisión.

Los dispositivos secundarios se pueden asignar a niveles jerárquicos, es decir al nivel de estación, al nivel de posición y al nivel de proceso, estando este último separado del nivel de posición por la denominada interfaz de proceso. Los IED en el nivel de estación del sistema de SA incluyen un ordenador de supervisión o PC de estación que comprende una Estación de Trabajo del Operador (OWS) con una Interfaz Hombre Máquina (HMI) y ejecutando un software de Control y Adquisición de Datos de Supervisión (SCADA) , así como una pasarela para la comunicación con el Centro de Control de la Red (NCC) . Los IED en el nivel de posición, también denominados unidades de calle o IED de protección y/o control en lo que sigue, se conectan a su vez entre sí, así como a los IED en el nivel de estación a través de un bus entre posiciones o de estación que sirve principalmente a la finalidad de intercambiar órdenes e información de estado.

Los dispositivos secundarios en el nivel de proceso comprenden sensores para las mediciones de la tensión (VT) , intensidad (CT) y densidad de gas, sondas de contacto para la detección de las posiciones de interruptores y cambiador de tomas del transformador y/o actuadores (I/O) para las posiciones del cambiador de tomas del transformador o para el control de los conmutadores como los interruptores o seccionadores. Los sensores de ejemplo tales como transformadores de tensión o intensidad no convencionales comprenden un convertidor Analógico a Digital (AD) para muestreo de señales analógicas y se conectan a las unidades de posición por medio de un bus de proceso dedicado o entre posiciones, que se debe considerar como la interfaz de proceso que sustituye a la interfaz de proceso cableada convencional. Esta última conecta los transformadores de intensidad o tensión convencionales en la subestación al equipo del nivel de posición por medio de cables de cobre dedicados, en cuyo caso las señales analógicas de los transformadores de medida son muestreadas por las unidades de posición.

45 Se ha presentado una norma de comunicación para la comunicación entre los dispositivos secundarios de una subestación por parte de la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) , como parte de la norma IEC 61850 titulada “communication networks and systems in substations”. Para mensajes no críticos en el tiempo, la IEC 61850-8-1 especifica el protocolo de Especificación del Mensaje de Fabricación (MMS, ISO / IEC 9506) , basado en la pila de protocolos de la Interconexión de Sistemas Abiertos (OSI) reducida construidos sobre el Protocolo de Control de Transmisión (TCP) y el Protocolo de Internet (IP) en la capa de transporte y de red, respectivamente, y sobre Ethernet y/o RS-232C como medios físicos. Para los mensajes basados en eventos de tiempo crítico, la IEC 618508-1 especifica directamente los Eventos de Subestación Orientados a Objetos Genéricos (GOOSE) en la capa de enlace con Ethernet de la pila de comunicación. Para las señales que cambian periódicamente muy rápido a nivel de proceso, tales como las mediciones analógicas de tensiones o de intensidades, la IEC 61850-9-2 especifica el 55 servicio de Valor de Muestreo (SV) , que al igual que GOOSE se construye directamente en la capa de enlace de Ethernet. Por lo tanto, la norma define un formato para publicar, como mensajes de multidifusión en una Ethernet industrial, mensajes basados en eventos y datos de medición digitalizados de los sensores de intensidad o de tensión en el nivel de proceso como un sustituto del cableado de cobre tradicional.

Los SV u otros datos del proceso se pueden transmitir a través del bus de proceso entre posiciones, poniendo la información transmitida a disposición de las posiciones colindantes. Para sistemas más efectivos en coste tales como en subestaciones de media o baja tensión, el bus de proceso entre posiciones y el bus de estación se pueden mezclar en una única red de comunicación. En este caso, la red de comunicación se puede considerar un bus de proceso entre posiciones que transmite, además de los datos de proceso, mensajes relativos a órdenes y/o al 65 estado que en otro caso se intercambiarían a través de un bus de estación dedicado.

En otras palabras, ya no es necesario que un IED de protección sea cableado a los sensores respectivos para recibir la información necesaria requerida para el cálculo de una función de protección específica. En su lugar, es posible que un IED de protección se abone a un flujo de datos que está disponible en la red de comunicaciones que engloba al sistema de la SA o a una subred específica de la misma. Los datos de proceso se digitalizan, opcionalmente 5 provistos con un marcado de tiempos y se publican mediante una interfaz de proceso, es decir o bien un dispositivo por sí mismo que incorpora la funcionalidad de un convertidor Analógico a Digital (AD) y que está directamente conectado a la red de comunicaciones, un IED de protecciones diferente que pone a disposición sus mediciones locales o una Unidad de Mezcla (MU) que mezcla las señales instantáneas de una pluralidad de sensores conectados en un único mensaje de red. Adicionalmente, la posibilidad de separar la adquisición de los datos de medición y el procesamiento de la información permite a un PC de estación abonarse al flujo de datos, que a su vez proporciona un par de nuevas opciones de diseño arquitectónico para los sistemas de automatización de subestaciones, por ejemplo relativos a los conceptos de protección redundante o de reserva. Por ejemplo, dentro de un esquema de Protección y Control Centralizado, los dispositivos similares a PC en un nivel de estación no sólo servirían como una pasarela o consola de HMI, sino que tendrían también funcionalidad de alojamiento de reserva para los dispositivos de IED de posición, o ejecutar esquemas de protección de ámbito de estación tales como la protección de las barras.

El tráfico en la norma IEC 61850-9-2 es un protocolo de difusión múltiple, que permite al dispositivo cliente abonarse a unos flujos de datos específicos y desprecia los flujos que no son relevantes. Sin embargo, cuando se aprovecha la posibilidad de utilizar los datos de sensores en disposiciones tales como las funciones de protección de barras o en los PC de Estación que ejecutan una funcionalidad de reserva para una multitud de calles, es necesario procesar una cantidad significativa de tráfico de red por parte de los dispositivos receptores. Sin un soporte de hardware específico tal como las Matrices de Puertas Programables en Campo (FPGA) , la cantidad de tráfico de mediciones que se necesita procesar en los dispositivos IED excede fácilmente la potencia de cálculo disponible de esos dispositivos y la cantidad de interrupciones generadas por la interfaz de red y el procesamiento a tiempo de la información de los paquetes puede sobrepasar fácilmente la capacidad de CPU disponible en los dispositivos IED lo que impacta por lo tanto en la ejecución de tareas críticas en el tiempo.

La Patente de Estados Unidos 6.550.020 reivindica un sistema de procesamiento de datos con al menos un Circuito Integrado (IC) que contiene una unidad de procesamiento central que incluye al menos un primer y un segundo núcleos de procesamiento.... [Seguir leyendo]

1. Un método de diseño de un sistema de Automatización de Subestaciones SA con un Dispositivo Electrónico Inteligente IED que comprende una Unidad de Procesamiento Central CPU (10) que incluye núcleos de red (101, 102) configurados para recibir y procesar mensajes de red IEC 61850 9-2 a través de una red de comunicación de la subestación (2) del sistema de SA y un primer núcleo de procesamiento (100) configurado para ejecutar aplicaciones de Protección y Control en base a los datos IEC 61850 9-2 manejados por los núcleos de red (101, 102) , que comprende -la definición de un límite superior en términos de mensajes que el núcleo de red puede procesar por segundo, -relacionar el límite superior con un número de orígenes de mensaje en el sistema de SA multiplicado por una frecuencia de envío por segundo para estimar un número de núcleos de red requeridos para el procesamiento de un número de mensajes recibidos por el IED por segundo y -la asignación del número de núcleos de red al IED.

2. El método de la reivindicación 1, que comprende

- la asignación del número de mensajes de red al número de núcleos de red en base a una dirección de 20 origen del mensaje de red.

3. El método de la reivindicación 1, en el que los núcleos de red (101, 102) se configuran para realizar un procesamiento posterior de los mensajes de red.

25 4. Un sistema de Automatización de Subestaciones SA con un Dispositivo Electrónico Inteligente IED que comprende una Unidad de Procesamiento Central, CPU (10) que incluye núcleos de red (101, 102) configurados para recibir y procesar mensajes de red IEC 61850 9-2 a través de una red de comunicación de la subestación (2) del sistema de SA y un primer núcleo de procesamiento (100) configurado para ejecutar aplicaciones de Protección y Control en base a los datos IEC 61850 9-2 manejados por los núcleos de red (101, 102) ,

caracterizado por que el IED comprende un número de núcleos de red requeridos para procesamiento del número de mensajes de red recibidos por el IED por segundo, siendo estimado dicho número de núcleos de red relacionando un límite superior en términos de mensajes que un núcleo de red puede procesar por segundo respecto al número de orígenes de mensajes en el sistema de SA multiplicado por la frecuencia de envío por origen.

35 5. El de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado por que los núcleos de red (101, 102) se configuran para realizar un procesamiento posterior de los mensajes de red.

6. El sistema de Automatización de Subestaciones de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado por que se configura para asignar un mensaje de red a uno de la pluralidad de núcleos de red en base a una dirección de origen 40 del mensaje de red.

7. El sistema de Automatización de Subestaciones de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado por que el IED comprende una interfaz de red única (11) adaptada para conectarse a la red de comunicaciones de la subestación (2) y configurada para asignar un mensaje de red a uno de la pluralidad de núcleos de red. 45

8. El sistema de Automatización de Subestaciones de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado por que el IED comprende una pluralidad de interfaces de red (11, 12) configuradas para enviar un mensaje de red a uno predefinido entre la pluralidad de núcleos de red y adaptada para conectarse a un conmutador (20) de la red de comunicaciones de la subestación que a su vez está adaptado para asignar los mensajes de red a una de las 50 interfaces de red.

9. El sistema de Automatización de Subestaciones de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado por que el IED es un PC de Estación, con el primer núcleo de procesamiento preparado para ejecutar, en base a los mensajes de red recibidos, funciones de protección de las barras o funciones de protección de reserva para una multitud de 55 posiciones.